揭秘天和核心艙“專屬座駕”

長五B不僅運載能力出色，而且還是目前世界上唯一可以直接入軌的火箭。

一般而言，發(fā)射低軌任務都需要兩級半火箭接力工作，一級扔掉之后，二級再接力工作才能把它送到軌道上去。然而，長五B通過采用全新構型設計，實現了一級半就能直接進入預定軌道的世界航天難題。

“很大程度上取決于氫氧發(fā)動機和液氧煤油發(fā)動機的組合，特別是中間的氫氧可以長時間小推力地工作，才實現了一級半就能直接入軌?！遍L征五號火箭總設計師李東介紹。

用一級半的火箭完成過去兩級半火箭才能完成的任務，無疑是技術上的一個巨大進步。

“天和核心艙在火箭最頂端的整流罩里邊，火箭飛行過程中將承受非常惡劣的熱學環(huán)境、力學環(huán)境和噪聲環(huán)境?！遍L五B總體主任設計師黃兵解釋道，“因此，核心艙就需要依靠整流罩的保護?！?/p>

據了解，長五B的整流罩部分是中國迄今為止研制的最大尺寸整流罩，直徑超過5米、高度超過20米，相當于六七層樓的高度，規(guī)模較基本型增大了近1倍，可以對核心艙、實驗艙以及光學艙提供周全的保護。

整流罩的規(guī)模增大后，為了保證運載效率，結構的剛度會隨之減少，而剛度是影響分離能源設計、分離包絡設計的關鍵要素，如何準確模擬飛行及分離過程中整流罩的剛度特性，確保安全、可靠分離是研制過程中所面臨的技術難題。

為此，在技術攻關過程中，團隊基于顯式動力學方法進行了仿真分析，首次計算出分離過程中的能量占比關系，并通過3次大型整流罩地面分離試驗對方案進行驗證，為分離系統的優(yōu)化設計提供了基礎。

為了滿足空間站交會對接的要求，長五B需要做到“零窗口”發(fā)射，將發(fā)射時間誤差控制在1秒以內。“零窗口”發(fā)射，要求火箭各系統在點火前提前做好準備，以“隨時出發(fā)”的狀態(tài)等待點火。

“這項看似并不復雜的技術，實際上需要從火箭可靠性提升、大系統之間發(fā)射流程優(yōu)化兩方面開展大量研究。”長五B結構總體設計師馮韶偉說。

作為中國首個實施“零窗口”發(fā)射的低溫火箭，長五B需要綜合、權衡好“提前量”和低溫推進劑“蒸發(fā)”的“消耗量”的關系。

“通過可靠性分析和試驗，實現了關鍵系統可靠性提升；通過射前流程優(yōu)化，提高了各系統對‘零窗口’發(fā)射的適應性?！崩顤|介紹說。

作為空間站主要艙段的專用座駕，艙箭分離技術也是長五B的一大亮點。此次發(fā)射任務中，艙箭連接的直徑為4？100毫米，也是中國長征系列運載火箭中所發(fā)射載荷規(guī)模最大的一次。整個核心艙長度近17米，重量達22.5噸量級。

有效載荷的規(guī)模增大后，傳統的包帶、低沖分離裝置均無法滿足需求。

要使重達20多噸的空間站艙段安全順利？“到站下車”絕非易事，長五B創(chuàng)新采用更具可靠性的降沖擊方案，并采取了一系列減振降噪技術，實現減振降噪的效果，既確保了安全分離，又將？“下車”過程中可能出現的碰撞風險降到了最低。

針對分離面不再是對接面的特殊星箭接口，設計團隊在機械接口設計過程中精益求精，通過星箭聯合操作精細化設計，規(guī)避了行程開關失效風險，最大程度確保發(fā)射任務成功。在此次對接過程中，所有項目均為一次通過。

作為一級半構型的火箭，長五B沒有單獨的調姿和末速修正系統，而是利用一級火箭直接將有效載荷送入預定軌道。在一級發(fā)動機關機時，約140噸的推力在幾秒鐘之內消失，相當于一輛高速行駛的火車突然“剎車”，還要穩(wěn)穩(wěn)?？吭谥付ㄎ恢?。為了滿足入軌精度、分離安全等方面的更高要求，研制團隊開展了入軌姿態(tài)控制、入軌精度控制、分離安全控制等方面的技術攻關。

“研制團隊采用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復合制導方法，提高了火箭姿態(tài)控制精度，降低了制導誤差對精度的影響，使火箭在分離時處于最佳‘姿態(tài)’和最準位置?！崩顤|說，團隊還設置了2枚離軌火箭，使火箭一級箭體可以及時避開空間站艙段的軌道面，提高艙箭分離的安全程度。

后續(xù)，中國還會發(fā)射天舟貨運飛船和載人飛船。在建設空間站的目標中，發(fā)射核心艙的任務是實現該戰(zhàn)略目標的起點，也是后續(xù)一切任務的源頭。